1、 智能电网智能电网-电力通信的机遇和挑战电力通信的机遇和挑战孙孙 毅毅 华 北 电 力 大 学华 北 电 力 大 学通信技术研究所通信技术研究所 副所长副所长2022-8-13NCEPU 2智能电网智能电网电力通信的机遇和挑战电力通信的机遇和挑战第一部分第一部分:从智能电网的起源看智能电网通信从智能电网的起源看智能电网通信第二部分第二部分:电力系统通信现状与存在的问题电力系统通信现状与存在的问题第三部分第三部分:智能电网智能电网电力通信的机遇和挑战电力通信的机遇和挑战2022-8-13NCEPU 3第一部分：从智能电网的起源看智能电网通信第一部分：从智能电网的起源看智能电网通信2022-8-1
2、3NCEPU 41.1 智能电网的起源：美国能源新政开采国内资源开发利用可再生能源提高能源的使用效率使美国逐步摆脱对石油和化石燃料的进口依赖。2022-8-13NCEPU 5新能源利用的关键问题 储能蓄能技术把电能作为主要的能源终端消费模式微网技术分布式发电新能源发电2022-8-13NCEPU 6能源使用效率的问题 线损管理智能化节能调度特高压输电l能源使用效率问题主要就是电网的效率问题。l这些手段综合在一起，就构成了新型电网的主要技术特性。负荷管理2022-8-13NCEPU 71.2 智能电网概念的提出 l这种新型电网，是在大量交互式数据的基础上实现的精细化管理、智能化管理的电网，这就是
3、智能电网智能电网的基本特征。l智能电网贯穿发电、输变电、配电、用电全过程，通过智能电网的建设，电力系统各领域都将产生质的飞跃。发电输变电配电用电2022-8-13NCEPU 8智能电网的目标和本质l智能电网的目标：是在现代电网中应用信息通信技术实现电能从电源到用户的传输、分配、管理和控制，以达到节约能源和成本的目标。l智能电网的本质：就是能源替代和兼容利用。它主要是通过终端传感器将用户之间、用户和电网公司之间形成即时连接的网络互动，从而实现数据读取的实时、高速、双向的效果，整体性提高电网的综合效率，实现节能减排的目标。2022-8-13NCEPU 91.3 中国电网的特点：统一、坚强、智能国外
4、智能电网的特点（欧洲、美国）：理念：绿色、清洁、环保、分布式；形式：配电网（无源-有源），用户（被动-主动）。中国的特殊性负荷、资源的逆向分布：西电东送。主要区别：大风电、光伏发电，远距离输送，以特高压骨架为基础。2022-8-13NCEPU 10国网公司：中国统一坚强智能电网的特征1.数字化：数字化电网、数字化电表与数字化用电设备；2.2.信息化：信息化：市场信息、电网信息、用户信息与宽带通市场信息、电网信息、用户信息与宽带通信形成的信息平台；信形成的信息平台；3.3.自动化：自动化：大电网安全稳定控制大电网安全稳定控制(高级智能调度高级智能调度)，变，变电站自动化与用户用电系统智能控制电站
5、自动化与用户用电系统智能控制；4.4.互动化：互动化：电网、发电与用户以信息为基础的互动和电网、发电与用户以信息为基础的互动和决策。决策。2022-8-13NCEPU 11智能电网建设关系到国计民生，关系到国家能源战略，作为支撑智能电网的电力通信专网将实现所有电力系统环节的全覆盖，实现与用户的双向互动。智能电网中电力通信专网建设也是一项关系到国家安全及能源战略的一项重大基础设施工程。（国家战略高度的基础性支撑平台建设工程，而不仅仅是企业行为！）1.4 智能电网中电力通信的重要性2022-8-13NCEPU 12智能电网中信息通信的重要性高速、实时、双向高速、实时、双向的信息通信的信息通信精细化
6、、智能化精细化、智能化管理与决策管理与决策数据采集数据采集与控制与控制智能智能电网电网l信息通信、智能管理和采集控制构成了智能电网不可或缺的三个要素。信息通信、智能管理和采集控制构成了智能电网不可或缺的三个要素。l而高速、实时、双向的信息通信是智能电网首先要解决的基本要素。而高速、实时、双向的信息通信是智能电网首先要解决的基本要素。2022-8-13NCEPU 13第二部分：电力系统通信现状与存在的问题第二部分：电力系统通信现状与存在的问题生产自动化网络生产自动化网络视频会议网视频会议网电话网电话网光纤光纤/SDH/PDHSDH/PDHMIS/OA/ERP 网网ATM 网网部分通道由微波补充实
7、现部分通道由微波补充实现传输网交换网IP网网营销自动化网络营销自动化网络业务2022-8-13NCEPU 142.1 2.1 电力通信的现状电力通信的现状 应用业务应用业务ServicesServices数字专线数字专线PSTNPSTNIP IP 网网宽带交换网宽带交换网ATMATM电路交换电路交换circuit switchingcircuit switching数据包交换数据包交换DatagramDatagram虚电路虚电路Virtual circuitVirtual circuit分组交换分组交换Packet switchingPacket switching模拟 Analog/频分复用
8、 FDM时分复用和数字交叉连接时分复用和数字交叉连接 TDM/DXCTDM/DXC数字数字 Digital/Digital/准同步和同步数字系列准同步和同步数字系列 PDH/SDHPDH/SDH电缆CablesCables光缆光缆OpticOptic微波微波MicrowaveMicrowave卫星Satellite其它 媒体媒体 Media Media 传输信道传输信道 Transmission Transmission channel channel 交换技术交换技术 Switching Switching technology technology 网络网络 Networks Networ
9、ksPCM:RS232PCM:RS232E&ME&M自动化自动化继电保护继电保护行政电话行政电话远程抄表远程抄表ERP负荷控制负荷控制视频监控视频监控营销自动化营销自动化视频会议视频会议生产、调度通信部门生产、调度通信部门行政、信息部门行政、信息部门电力营销部门电力营销部门无线无线230M230M数传电台数传电台无线蜂窝网无线蜂窝网无线蜂窝网无线蜂窝网无线接入网无线接入网2022-8-13NCEPU 15l智能电网中通信平台不仅仅是通信通道，而是智能电网的一部分，需要与智能电网业务配合进行统一规划；l电力通信平台需要开放的网络架构，通用的通信标准。设备与设备之间信息可互通、可互操作；l电力通信
10、网要能够延伸到相关发电、送变电和终端用电设备等电网末端，智能电网数据获取、保护和控制业务都需要有效通信网络加以支撑；l电力通信平台要求保证业务可靠性、保密性，能抵御黑客或非法攻击，私密性强。瓶颈：缺乏大容量、双向、实时的通信接入网支持瓶颈：缺乏大容量、双向、实时的通信接入网支持2.2 智能电网对电力通信特殊需求智能电网对电力通信特殊需求2022-8-13NCEPU 16l智能电网中的大部分工作在配电网上完成；随着智能电网研究与建设，配电通信网的建设显得越来越重要。l建设一个电力专用配电通信网络？开关TVFTU 城区配网上无合适的通信方式(一)配电通信网的建设问题2.3 电力通信中急需解决的问题
11、电力通信中急需解决的问题2022-8-13NCEPU 17(二)雪灾与地震后的思考l人类社会已经进入高风险社会l各种突发事件随时可能发生l应把非常态管理置于常态管理之中2022-8-13NCEPU 18(二)雪灾与地震后的思考:应急备用通信与后备电源l应急与备用通信系统的建设l应该建设一套基于无线的应急与备用通信系统：点对点微波+点对多点无线接入 （宽带多媒体集群系统）宽带多媒体集群系统）l后备电源系统建设l分布式电源+微电网技术l微通信网：脱网自通与自组网技术 2022-8-13NCEPU 19第三部分：智能电网第三部分：智能电网-电力通信的机遇和挑战电力通信的机遇和挑战2022-8-13N
12、CEPU 20l1.电力通信专业的发展机遇l通信网的规模和覆盖范围不断扩大：涵盖发电、输电（线路）、配网、用电、调度、变电6大环节的通信网络；l业务拓展：电网业务、增值服务？l2.电力通信产业的发展机遇l满足电网，特别是智能电网业务需求的通信设备制造产业及相关服务产业；l3.提升电力系统通信专业地位绝佳时机l两网的融合，一次网和通信网密不可分，信息通信地位及其支撑作用更加重要；3.1 智能电网条件下电力通信的机遇智能电网条件下电力通信的机遇2022-8-13NCEPU 214.电力通信技术水平（科研及研制）将大大提升；5.电力通信科研创新与成果：依托中国智能电网工程，形成一批具有国际领先水平的
13、科研成果。智能电网条件下电力通信的机遇2022-8-133.2 智能电网条件下电力通信面临的挑战智能电网条件下电力通信面临的挑战抓住根本自主创新人力资源的严重不足通信网建设的若干问题对公网通信技术的行业化改进2022-8-1323l抓住根本，不要舍本逐末l智能电网的根本：节能减排！l电力通信的根本：保证生产！l自主创新是国家的基本国策l历史上任何一次经济的飞速发展都离不开创新技术；以智能电网为代表的能源产业将是下一代技术创新与经济发展的主体。挑战一：抓住根本、自主创新2022-8-13NCEPU 24l先抓配电网和大用户，缓抓居民用户及智能电表l中国的电价对居民用户不敏感l中国电力市场改革还不
14、深入l中国电力通信还没有运营权具体措施2022-8-1325l通信及相关专业人力资源不足的问题日益明显：l近五年来通信资源及设备数量至少翻了两番；l而通信专业人员数量增加得很少；l智能电网的通信接入网建设无人可用！l尽快进行通信及相关专业人力资源的储备！挑战二：人力资源的严重不足广东广西云南贵州海南2022-8-13NCEPU 26l1.智能电网的发展，新业务、新模式对通信的新需求；l智能电网业务发展预测、业务流量预测分析、相关业务性能保障技术l2.智能电网6大环节的信息通信保障；l尤其是配电和用电网的通信方式急需解决l3.现有信息、通信网的融合演进策略；l现有通信网不是推倒重来，而是如何保护
15、现有投资，平滑过渡l4.网络安全问题（一个更加突出的问题，二次防护的领域也需要扩展与修订）；l5.电力通信网的规划问题（电源接入点的增加）；瓶颈：通信接入网（配电通信网）建设的问题！瓶颈：通信接入网（配电通信网）建设的问题！挑战三：通信网建设的若干问题2022-8-1327l智能电网中电力通信的特点：l缺的不是算法，而是数据！l少的不是终端，而是通道！l薄弱的不是骨干网，而是接入网！通信接入网的建设问题信息通信通道采集控制终端数据智能管理系统2022-8-1328通信接入网技术的对比选择l智能电网对通信网要求：l具备双向性、实时性、可靠性特征，出于安全性靠虑理论上应是与公网隔离的电力通信专网l
16、具备技术先进性，能够承载智能电网现有业务和未来扩展业务l最好具备自主知识产权，可具有面向智能电网业务的定制开发和业务升级能力l智能电网中通信接入网技术的对比选择l公网与专网：专网！l宽带网与窄带网：宽带网！l光纤网还是宽带无线接入网：OPPC+EPON .vs.BWA？2022-8-13NCEPU 291G1G（AnalogAnalog）2G2G（DigitalDigital）3G3G（IMT2000IMT2000）3G 3G（LTE/AIELTE/AIE）2.4GHz2.4GHz5.8GHz5.8GHzWLANWLAN高速高速WLANWLANWPANWPANWiMAXWiMAX802.16e
17、802.16eIMT-advancedIMT-advanced4G4GCDMA2000 EVDOCDMA2000 EVDOTD-SCDMA/HSPATD-SCDMA/HSPAWCDMA/HSPAWCDMA/HSPAIS95/CDMA2000-IS95/CDMA2000-1x/GSM1x/GSMAMPSAMPSETACSETACSJTACSJTACSNMTNMTRFIDRFIDZigBeeZigBeeMANetMANetPANPAN802.11a/g/b802.11a/g/b14.4kbps14.4kbps144kbps144kbps384kbps384kbps50Mbps50Mbps100Mb
18、ps100Mbps数据速率数据速率移移动动性性低速低速中速中速高速高速2019201920002000201920192019+2019+无线通信技术标准的演进SCDMASCDMASCDMASCDMA宽带无线宽带无线BluetoothBluetoothWiMAXWiMAX802.16d802.16d2022-8-13NCEPU 30电力宽带无线接入解决方案PCMCIA卡PDA电力移动宽带电力移动宽带移动OA移动ERP移动MIS移动视频会议MEMRTU传感器城城区区配配电电网网通通信信远程抄表负荷控制配电网自动化CPE移动售电营业所联网电力移动营销电力移动营销 I P I P 网络网络BSIPI
19、P网络业务平台网络业务平台Internet网络管理系统网络管理系统各业务服务器调度服务器视频服务器BS可移动视频可移动视频 集群电话集群电话电力应急指挥通信电力应急指挥通信工程抢险线路巡视应急通信保障农农村村电电网网通通信信农 网自动化移动语音农村售电电力无线备用通信电力无线备用通信行政语音视频监控数据采集宽带接入车辆定位高压线路视频监视其它应用其它应用无线调度IPPBXPBXPRI2022-8-13NCEPU 31配电网通信系统的应用情况负控开关负控开关台区电表负荷管理终端电台公网GPRS通道居民电表远程集中抄表终端居民电表居民电表GPRS Modem230M电台无线信道电力通信塔移动通信基
20、站移动通信机房230M电台主站前置机前置机服务器其它工作站负控工作站配变监控工作站专线DDN/ASDL/ISDN配电自动化终端FTUTTUDTULAN终端终端信道信道主站主站系统系统RS232暂无合适的通信方式暂无合适的通信方式2022-8-13NCEPU 32无线宽带专用通信网：一次性解决配电网通信问题电力通信塔SAC及网管服务器其它工作站负控工作站配变监控工作站LAN终端终端信道信道主站主站系统系统McWiLL基站电力通信塔McWiLL基站电力通信塔McWiLL基站居民电表远程集中抄表终端居民电表居民电表MEM 160配电自动化终端FTUTTUDTUMEM 160负控开关负控开关台区电表负
21、荷管理终端MEM 1602022-8-13NCEPU 33无线频率资源l数字蜂窝GSM：890-915/935-960MHzl数字蜂窝DCS-1800：1710-1785/1805-1880MHzl数字蜂窝IS-95：824-849/869-894MHzlWiMax:暂无可用的频率资源l宽带无线接入SCDMA：1785-1805MHzl模拟集群350MHz（公安系统专用）l数字集群：806-821/851-866MHzl数传电台：频谱范围223.525-231.650MHz；信道带宽 25KHz；15个全双工信道，10个半双工信道2022-8-13NCEPU 34无线频率资源的申请microw
22、avemicrowave1.9-2.3G1.9-2.3G2G2GFDD wireless accessFDD wireless access1.96-1.981.96-1.98MicrowaveMicrowavecommunicationcommunication1.7-1.9G1.7-1.9G1.7G1.7G1.8G1.8G1.9G1.9GGSM1800GSM18001.71-1.7551.71-1.755GSM1800GSM18001.805-1.8501.805-1.850SCDMASCDMA1.7851.7851.8051.805FDDFDD1.921.981.921.982.112.
23、172.112.17TDDTDD2.012.012.0252.025补充补充2.32.42.32.4MSSMSSFDD wireless accessFDD wireless access1.88-1.91.88-1.9DECT&PHSDECT&PHS1.9-1.921.9-1.92CDMACDMA1.945-1.961.945-1.96CDMACDMA1.865-1.881.865-1.88Future usageFuture usageCurrent usageCurrent usageTDDTDD1.881.881.921.92补充补充FDDFDD1.751.75551.7851.785
24、补充补充FDDFDD1.851.851.881.88附：国内频率使用情况2022-8-1335l智能电网对通信技术提出了区别于公众通信网的特殊要求：l数据量要求；l上下行传输速率的不同要求；l针对不同业务的不同技术要求；l实时性要求；l环境适应性要求；l网络管理要求；l网络安全性要求；l应急通信要求；l对电力业务终端的要求。挑战四：对现有公网通信技术的行业化改进2022-8-13NCEPU 36智能电网条件下配电网通信的特点l以数据通信为主l不同的业务有不同的特点和需求：l线损管理（变电台区考核）：数据量适中，实时性要求不高。l用户智能电表远程双向通信：数据量适中，实时性要求适中。l分布式电源
25、与储能设备的接入控制与管理：实时性高、可靠性高。l大用户负荷管理与控制：实时性高，可靠性高，广播、组播。l配电网自动化与智能调度：实时性高，可靠性高，广播、组播。2022-8-13NCEPU 372022-8-13NCEPU 37不同业务对通信的不同需求l不同业务走不同的信道？l信息安全角度考虑l实时性与组播需求：宽带数据集群通信？l分布式电源与储能设备的接入控制与管理l负荷管理与控制l配电网自动化与智能调度2022-8-13NCEPU 382022-8-13NCEPU 38针对其它需求的改进l环境适应性要求l从民用级到工业级l网络管理要求l把智能电网终端作为网元级管理单元l信息安全需求l加密与鉴权技术在接入网中的应用l应急通信要求l宽带无线接入：从蜂窝网到自组网的演进l对电力业务终端的要求l“电力业务终端+通信模块”需要改进l扩展通信模块功能使之成为电力终端l含通信模块的业务终端含计量模块的智能终端？2022-8-13NCEPU 392022-8-13NCEPU 39对通信厂商的建议l当环境发生变化时，能够生存下来的物种未必是最强大的物种，而是能适应环境的物种。l谁能尽快解决智能电网通信接入的若干问题，谁就能在智能电网建设中抢占先机。2022-8-13NCEPU 40智能电网：电力通信发展的新契机
